CN106835085A - 一种zk61m镁合金复杂件化学镀镍磷合金方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于航天器的ZK61M镁合金复杂件化学镀镍磷合金方法。该方法首先对镁合金零件进行预处理，然后进行化学镀，最后进行封闭和热处理。其中，预处理包括碱洗、两步活化及各工序间的水洗。化学镀液采用硫酸镍为主盐，次亚磷酸钠为还原剂，醋酸钠、氨基酸和硫酸铵等为络合剂，乙酸钠为缓冲剂，OP-10为润湿剂。预处理后的零件在80~90℃的镀液中施镀1~2h，可得到光亮、平整且耐蚀性良好的镍磷合金镀层。本发明适用于在航天器ZK61M镁合金复杂件上进行化学镀镍磷合金，以达到腐蚀防护及其他特殊功能性要求。

Description

一种ZK61M镁合金复杂件化学镀镍磷合金方法
技术领域
本发明涉及一种用于航天器的ZK61M镁合金复杂件化学镀镍磷合金方法，属于航天器工程技术领域。
背景技术
镁资源蕴藏量丰富，在地壳中的含量达到2.1% ～2.7%，是仅次于铝、铁、钙、钠、钾居第6位的金属元素。镁是最轻的金属材料之一，其密度只有1.7 g/cm3；镁合金密度小、强度高、刚性好；阻尼性能好，吸收能力强；具有较好的铸造性和加工性能等。鉴于镁合金重量轻、机械性能和加工性能好等优点，镁合金已经成为我国航天器轻量化设计中广泛应用的金属材料。但由于镁合金自身的耐腐蚀性能很差，以及航天器特殊的功能性要求，在航天器工程技术领域需要对镁合金零件进行化学镀镍磷合金处理。
ZK61M镁合金是我国航天器使用的主要镁合金材料之一，具有刚性佳、减震性和机械加工性好、热导性好、热稳定性高、电磁屏蔽特性好、阻尼性好和可回收等优点，适用于航天器的轻质外壳、蒙皮、减振系统元件和其他构件。不同牌号的镁合金，由于其成分和相组成的差异，预处理和化学镀工艺均会有所不同。因此，本发明涉及的化学镀镍磷合金生产工艺不仅要适用于ZK61M镁合金，而且还要满足航天器的特殊功能性要求。
发明内容
本发明的目的在于弥补现有化学镀镍磷合金工艺无法满足航天器ZK61M镁合金复杂件的生产镀覆需求，而提出一种适用于航天器ZK61M镁合金复杂件批次生产的化学镀镍磷合金工艺。
本发明的目的通过下述技术途径实现，“一种用于航天器的ZK61M镁合金复杂件化学镀镍磷合金方法”包括以下步骤：
A、预处理：对镁合金零件进行碱洗、两步活化。碱洗液为碳酸钠20 ~ 40 g/L，氢氧化钠10 ~ 30 g/L，OP-10 0.1 ~ 3 mL/L，溶液温度为70 ~ 90 ℃，处理时间为5 ~ 10 min；第一步活化液为氟化钠5 ~ 30 g/L，溶液温度为30 ~ 50 ℃，处理时间为1 ~ 5 min，第二步活化液为磷酸150 ~ 200 mL/L及缓蚀剂若干，溶液温度为室温，处理时间为0.5 ~ 1 min。
B、化学镀：化学镀液采用硫酸镍为主盐，次亚磷酸钠为还原剂，醋酸钠、氨基酸和硫酸铵等为络合剂，乙酸钠为缓冲剂，OP-10为润湿剂。
C、封闭：封闭液由硫酸钴、氟硅酸钠等组成。
D、热处理：160 ~ 240 ℃，1 h。
进一步，化学镀液组成为硫酸镍10 ~ 15 g/L，次亚磷酸钠25 ~ 40 g/L，醋酸钠20~ 30 g/L，氨基酸5 ~ 40 mL/L，硫酸铵10 ~ 20 g/L，乙酸钠2 ~ 8 g/L，OP-10润湿剂1 ~20 mL/L；镀液温度为80 ~ 90 ℃，镀液pH值为5.0 ~ 7.0，处理时间为1 ~ 2 h。
所述的络合剂由醋酸钠、氨基酸和硫酸铵等组成。
进一步，封闭液为硫酸钴10 ~ 30 g/L、氟硅酸钠40 ~ 80 g/L，溶液温度70 ~ 100℃，处理时间1 ~ 15 s。
热处理温度160 ~ 240 ℃，处理时间1 h。
进一步，在碱洗、第一步活化、第二步活化、化学镀等各工序间均进行常温水洗，水洗时间为30 ~ 60 s，化学镀后进行热水洗，热水温度为60 ~ 90 ℃，水洗时间1~ 2 min。
本发明与以往技术相比，具有以下优点：
1、采用以往的预处理和化学镀液对ZK61M镁合金进行化学镀，镀速慢，容易起泡、脱皮，镀层与基体间结合力差，耐蚀性低，且不能在尺寸大，形状复杂的零件上获得厚度均匀的镀层。本发明根据ZK61M镁合金的成分及相组成特点，兼顾航天器复杂件的镀覆要求，在预处理工艺和化学镀液组成等方面做了大量的优化和改进，首次研发出一套适合于航天器ZK61M镁合金复杂件的化学镀镍磷合金生产工艺。该工艺具有起镀性好、镀速快，结合力和耐蚀性好等优点，对于航天器镁合金复杂件，均镀能力和深镀能力均可满足要求，且成品率高，可用于航天器镁合金复杂件批次性镀覆生产。
2、与以往的预处理方法相比，本发明采用的预处理方法除油、去除氧化层效果更好，尤其是预处理后得到的活化膜层更适合后续的镁合金化学镀工序。
3、本发明的化学镀液采用新型复合络合剂，提高了镀液活性和镀速，使零件在镀液中更容易起镀，且镀液稳定性好，易于维护。
4、化学镀后续的封闭和热处理大大改善了镀层与基体间的结合力和镀层的耐蚀性。
附图说明
本发明的ZK61M镁合金复杂件化学镀镍磷合金方法由以下实施例及附图给出。
图1为本发明提供的ZK61M镁合金复杂件化学镀镍磷合金方法流程。
图2为ZK61M镁合金化学镀镍磷合金镀层的微观表面形貌。
图3为ZK61M镁合金及其镍磷合金化学镀层的Tafel曲线。
具体实施方式
下面结合图1中的工艺流程和图2中的镁合金复杂件，对本发明中的ZK61M镁合金复杂件化学镀镍磷合金方法进行说明。
试件为图2所示的机加工后的ZK61M镁合金复杂件。
1）将镁合金复杂件浸入碱洗槽中碱洗：碱洗液为碳酸钠20 ~ 40 g/L，氢氧化钠10~ 30 g/L，OP-10 0.1 ~ 3 mL/L，溶液温度为70 ~ 90 ℃，处理时间为5 ~ 10 min。
2）将镁合金复杂件浸入水洗槽中水洗30 ~ 60 s，去除零件上的残留碱液。
3）将镁合金复杂件浸入第一步活化槽中进行第一步活化：活化液为氟化钠5 ~ 30g/L，溶液温度为30 ~ 50 ℃，处理时间为1 ~ 5 min。
4）将镁合金复杂件浸入水洗槽中水洗30 ~ 60 s，去除零件上的残留活化液。
5）将镁合金复杂件浸入第二步活化槽中进行第二步活化：活化液为磷酸150 ~200 mL/L及缓蚀剂若干，溶液温度为室温，处理时间为0.5 ~ 1 min。
6）将镁合金复杂件浸入水洗槽中水洗30 ~ 60 s，去除零件上的残留活化液。
7）将镁合金复杂件浸入化学镀槽中进行化学镀：化学镀液组成为硫酸镍10 ~ 15g/L，次亚磷酸钠25 ~ 40 g/L，醋酸钠20 ~ 30 g/L，氨基酸5 ~ 40 mL/L，硫酸铵10 ~ 20g/L，乙酸钠2 ~ 8 g/L，OP-10润湿剂1 ~ 20 mL/L；镀液温度为80 ~ 90 ℃，镀液pH值为5.0~ 7.0，处理时间为1 ~ 2 h。
8）将镁合金复杂件浸入温度为60 ~ 90 ℃的水洗槽中水洗1 ~ 2 min，去除零件上的残留镀液。
9）将镁合金复杂件浸入封闭液槽中进行封闭，封闭液为硫酸钴10 ~ 30 g/L、氟硅酸钠40 ~ 80 g/L，溶液温度70 ~ 100 ℃，处理时间1 ~ 15 s。
10）将镁合金复杂件浸入水洗槽中水洗30 ~ 60 s，去除零件上的残留封闭液。
11）热风吹干镁合金复杂件。
12）将镁合金复杂件放入已达到规定温度的烘箱中进行热处理。热处理温度160 ~240 ℃，处理时间1 h。
采用上述工艺得到的ZK61M镁合金化学镀镍磷合金镀层经过测试，性能如附表所示：
附表：采用本发明方法得到的ZK61M镁合金化学镀镍磷合金镀层性能
测试项目 测试方法 测试结果
镀层厚度 QJ 478-90 金属镀覆层厚度测量方法 镀层厚度20 ~ 48 μm（化学镀时间不同）
结合强度 QJ 479-90 金属镀覆层结合强度试验方法 无剥落、片落、起泡、起皮等发生
耐盐雾试验性能 QJ 2027-90 金属镀覆层耐盐雾试验方法 第一锈点时间为56 h
耐湿热试验性能 QJ 481-90 金属镀覆层耐交变湿热试验方法 168 h后无起泡、起皮和腐蚀发生
图2为化学镀镍磷合金后的ZK61M镁合金复杂件宏观照片，图3为ZK61M镁合金化学镀镍磷合金镀层的微观表面形貌。可见，化学镀镍磷合金镀层表面呈胞状形貌，胞状颗粒均匀、致密，无明显缺陷。可见，ZK61M镁合金经化学镀后：腐蚀电位大幅提高，说明腐蚀倾向显著降低；腐蚀电流密度降低了3个数量级，说明腐蚀速率显著降低。因此，采用本发明方法得到的化学镀镍磷合金镀层能有效提高ZK61M镁合金的耐腐蚀性能。

Claims (5)

1.一种ZK61M镁合金复杂件化学镀镍磷合金方法，其特征在于，包括以下步骤：
A、预处理：对镁合金零件进行碱洗、两步活化；碱洗液为碳酸钠20 ~ 40 g/L，氢氧化钠10 ~ 30 g/L，OP-10 0.1 ~ 3 mL/L，溶液温度为70 ~ 90 ℃，处理时间为5 ~ 10 min；第一步活化液为氟化钠5 ~ 30 g/L，溶液温度为30 ~ 50 ℃，处理时间为1 ~ 5 min，第二步活化液为磷酸150 ~ 200 mL/L及缓蚀剂若干，溶液温度为室温，处理时间为0.5 ~ 1 min；
B、化学镀：化学镀液采用硫酸镍为主盐，次亚磷酸钠为还原剂，醋酸钠、氨基酸和硫酸铵为络合剂，乙酸钠为缓冲剂，OP-10为润湿剂；
C、封闭：封闭液由硫酸钴、氟硅酸钠组成；
D、热处理：160 ~ 240 ℃，0.8～1.2 h。
2.根据权利要求1所述的ZK61M镁合金复杂件化学镀镍磷合金方法，其特征在于，所述化学镀液组成为硫酸镍10 ~ 15 g/L，次亚磷酸钠25 ~ 40 g/L，醋酸钠20 ~ 30 g/L，氨基酸5 ~ 40 mL/L，硫酸铵10 ~ 20 g/L，乙酸钠2 ~ 8 g/L，OP-10润湿剂1 ~ 20 mL/L；镀液温度为80~ 90 ℃，镀液pH值为5.0 ~ 7.0，处理时间为1~ 2 h。
3.根据权利要求1所述的ZK61M镁合金复杂件化学镀镍磷合金方法，其特征在于，所述封闭液为硫酸钴10 ~ 30 g/L、氟硅酸钠40 ~ 80 g/L，溶液温度70 ~ 100 ℃，处理时间1 ~15 s。
4.根据权利要求1所述的ZK61M镁合金复杂件化学镀镍磷合金方法，其特征在于，所述热处理温度180 ~ 220 ℃，处理时间1 h。
5.根据权利要求1所述的ZK61M镁合金复杂件化学镀镍磷合金方法，其特征在于，在碱洗、第一步活化、第二步活化、化学镀等各工序间均进行常温水洗，水洗时间为30 ~ 60 s，化学镀后进行热水洗，热水温度为60 ~ 90 ℃，水洗时间1 ~ 2 min。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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